Войти
α-гемолизин из S.aureus (PDB : 7AHL )Порообразующие белки (PFT, также известные как порообразующие токсины ) обычно продуцируются бактериями и включают ряд белков экзотоксины, но могут также продуцироваться другими организмами, такими как дождевые черви, которые продуцируют лизенин. Они часто цитотоксичны (т. Е. Убивают клетки ), поскольку они создают нерегулируемые поры в мембране целевых клеток.
PFT можно разделить на две категории, в зависимости от альфа- спиральная или бета-ствольная архитектура их трансмембранного канала, которая может состоять из
Другие категории:
Согласно TCDB, существуют следующие семейства порообразующих токсинов:
| Лейкоцидин | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||||
| Символ | Лейкоцидин | ||||||||
| Pfam | PF07968 | ||||||||
| InterPro | IPR001340 | ||||||||
| TCDB | 1.C.3 | ||||||||
| суперсемейство OPM | 35 | ||||||||
| белок OPM | 7ahl | ||||||||
| |||||||||
β-PFT получили такое название из-за их структурных характеристик: они состоят в основном из доменов на основе β-цепи. Они имеют расходящиеся последовательности и классифицируются с помощью Pfam на ряд семейств, включая лейкоцидины, Etx-Mtx2, токсин-10 и эгеролизин. Рентгеновские кристаллографические структуры выявили некоторые общие черты: α-гемолизин и лейкоцидин Пантона-Валентайна S структурно связаны. Аналогично аэролизин и клостридиальный эпсилон-токсин. и Mtx2 связаны с семейством Etx / Mtx2.
ß-PFT включают ряд токсинов, представляющих коммерческий интерес для борьбы с насекомыми-вредителями. Эти токсины являются сильнодействующими, но также очень специфичными для ограниченного круга целевых насекомых, что делает их безопасными агентами биологической борьбы.
Инсектицидные члены семейства Etx / Mtx2 включают Mtx2 и Mtx3 из Lysinibacillus sphaericus, которые могут контролировать комары-переносчики болезней человека, а также Cry15, Cry23, Cry33, Cry38, Cry45, Cry51, Cry60, Cry64 и Cry74 из Bacillus thuringiensis, которые контролируют ряд насекомых-вредителей, которые могут нанести большой ущерб сельскому хозяйству.
Инсектицидные токсины семейства Toxin-10 демонстрируют общее сходство со структурами аэролизина и токсина Etx / Mtx2, но отличаются двумя примечательными особенностями. В то время как все эти токсины имеют головной домен и более крупный, расширенный хвостовой домен бета-слоя, в семействе Toxin_10 голова образована исключительно из N-концевой области первичной аминокислотной последовательности, тогда как участки всей белковой последовательности вносят свой вклад. в головной домен в токсинах Etx / Mtx2. Кроме того, головные домены белков Toxin_10 демонстрируют особенности доменов связывания углеводов. Единственные зарегистрированные естественные цели белков Toxin_10 - насекомые. За исключением Cry36 и Cry78, токсины Toxin_10 действуют как двухкомпонентные бинарные токсины. Белки-партнеры в этих комбинациях могут принадлежать к разным структурным группам, в зависимости от индивидуального токсина: два белка Toxin_10 (BinA и BinB) действуют вместе в противомоскитном токсине Bin Lysinibacillus sphaericus; Toxin_10 Cry49 является со-зависимым от 3-доменного члена семейства токсинов Cry48 в отношении его активности против личинок комаров Culex ; и белок Cry35 Bacillus thuringiensis Toxin_10 взаимодействует с Cry34 семейства эгеролизинов для уничтожения западного кукурузного корневого червя. Эта пара токсинов включена в устойчивые к насекомым растения, такие как.
Структурное сравнение порообразной α- гемолизина (розовый / красный) и растворимой формы PVL (бледно-зеленый / зеленый). Предполагается, что зеленый участок в PVL «переворачивается» в «красную» конформацию, как это наблюдается в α-гемолизине. (PDB : 7AHL, 1T5R )β-PFT - это диморфные белки, которые существуют в виде растворимых мономеров, а затем собираются с образованием мультимерных сборки, составляющие поры. На рисунке 1 показана форма пор α- гемолизина, первой кристаллической структуры β-PFT в форме пор. 7 мономеров α-гемолизина объединяются, чтобы создать поры в форме гриба. «Шляпка» гриба находится на поверхности клетки, а «стебель» гриба проникает через клеточную мембрану, делая ее проницаемой (см. ниже). «стебель» состоит из 14-цепочечной β-бочки, с двумя цепями, переданными от каждого мономера.
Структура цитолизина Vibrio cholerae в поре форма также является гептамерной; однако Staphylococcus aureus гамма-гемолизин обнаруживает октомерные поры, следовательно, с «стеблем» из 16 нитей. структура, но в его растворимом мономерном состоянии. Это показывает, что нити, участвующие в формировании «стебля», находятся в совершенно другой конформации - показано на рис. 2.
Структурное сравнение пористой формы α-гемолизина (розовый / красный) и растворимого -форма ПВЛ (бледно-зеленый / зеленый). Предполагается, что зеленый участок в PVL «переворачивается» в «красную» конформацию, как это наблюдается в α-гемолизине. (PDB: 7AHL, 1T5R) β-PFT - это диморфные белки, которые существуют в виде растворимых мономеров и затем собираются с образованием мультимерных сборок, которые составляют поры. На рисунке 1 показана форма пор α-гемолизина, первой кристаллической структуры β-PFT в форме пор. 7 мономеров α-гемолизина объединяются, образуя поры в форме гриба. «Шляпка» гриба находится на поверхности клетки, а «стебель» гриба проникает через клеточную мембрану, делая ее проницаемой (см. Ниже). «Стебель» состоит из 14-нитевого β-бочонка, по две нити от каждого мономера. Структура цитолизина PDB: 3044 Vibrio cholerae в пористой форме также является гептамерной; однако гамма-гемолизин Staphylococcus aureus (PDB: 3B07) обнаруживает октомерные поры, следовательно, с «ножкой» из 16 нитей. Структура (PDB: 1T5R) лейкоцидина S Пантона-Валентайна представляет собой сильно родственную структуру, но в его растворимом мономерном состоянии. Это показывает, что нити, участвующие в формировании «стебля», находятся в совершенно другой конформации - показано на рис. 2. Хотя токсин Bin Lysinibacillus sphaericus способен образовывать поры в искусственных мембранах и клетках комаров в культуре, он также вызывает ряд других клеточных изменений, включая поглощение токсина рециркулирующими эндосомами и образование крупных аутофагических пузырьков, и конечной причиной гибели клеток может быть апоптоз. Аналогичные эффекты на клеточную биологию наблюдаются и с другими активностями Toxin_10, но роль этих событий в токсичности еще предстоит установить.
Переход между растворимым мономером и ассоциированным с мембраной протомером в олигомер не является тривиальным: считается, что β-PFT проходят аналогичный путь сборки как CDC (см. холестерин-зависимые цитолизины позже), в том смысле, что они должны сначала собраться на клеточной поверхности (рецептор-опосредованным способом в некоторых случаях ) в предварительном порядке. состояние пор. Вслед за этим происходит крупномасштабное конформационное изменение, при котором секция, охватывающая мембрану, формируется и вставляется в мембрану. Часть, входящая в мембрану, называемая головкой, обычно неполярна и гидрофобна, это обеспечивает энергетически выгодное введение порообразующего токсина.
Некоторые β-PFT, такие как клостридиальный ε-токсин и Clostridium perfringens энтеротоксин (CPE) связываются с клеточной мембраной через специфические рецепторы - возможно, определенные клаудины для CPE, возможно, GPI-якоря или другие сахара для ε-токсина - эти рецепторы помогают повысить локальную концентрацию токсинов, обеспечивая олигомеризацию и образование пор.
Компонент BinB Toxin_10 Lysinibacillus sphaericus Bin-токсин специфически распознает GPI-заякоренную альфа-гликозидазу в средней кишке комаров Culex и Anopheles, но не родственный белок, обнаруженный у комаров Aedes, что придает специфичность на токсин.
Когда поры сформированы, жесткое регулирование того, что может и не может входить / выходить из клетки, нарушается. Ионы и небольшие молекулы, такие как аминокислоты и нуклеотиды внутри клетки, вытекают наружу, а вода из окружающей ткани входит. Потеря важных малых молекул в клетке может нарушить синтез белка и другие важные клеточные реакции. Потеря ионов, особенно кальция, может вызывать ложную активацию или деактивацию клеточных сигнальных путей. Неконтролируемое попадание воды в клетку может вызвать неконтролируемое набухание клетки: это вызывает процесс, называемый пузырчаткой, при котором большие части клеточной мембраны деформируются и поддаются растущему внутреннему давлению. В конце концов, это может вызвать взрыв ячейки.
Есть много разных типов бинарных токсинов. Термин бинарный токсин просто означает токсин, состоящий из двух частей, где оба компонента необходимы для токсической активности. Некоторые ß-PFT образуют бинарные токсины.
Как обсуждалось выше, большинство белков семейства Toxin_10 действуют как часть бинарных токсинов с белками-партнерами, которые могут принадлежать к семейству Toxin_10 или другим структурным семействам. Взаимодействие отдельных компонентов на сегодняшний день изучено недостаточно. Другие коммерчески важные токсины бета-листов также являются бинарными. К ним относится токсин Cry23 / Cry37 из Bacillus thuringiensis. Эти токсины имеют некоторое структурное сходство с бинарным токсином Cry34 / Cry35, но ни один из компонентов не обнаруживает соответствия установленным семействам Pfam, а особенности более крупного белка Cry23 имеют больше общего с семейством Etx / Mtx2, чем с семейством Toxin_10, к которому принадлежит Cry35.
Некоторые бинарные токсины состоят из ферментативного компонента и компонента, который участвует в мембранных взаимодействиях и проникновении ферментативного компонента в клетку. Компонент, взаимодействующий с мембраной, может иметь структурные домены, богатые бета-слоями. Бинарные токсины, такие как летальные токсины сибирской язвы и токсины отека (Основная статья: токсин сибирской язвы), токсин йота C. perfringens и цито-летальные токсины C. difficile состоят из двух компонентов (отсюда бинарных):
В этих ферментативных бинарных токсинах компонент B способствует проникновению ферментативной «полезной нагрузки» (субъединицы A) в клетку-мишень, образуя гомоолигомерные поры, как показано выше для βPFT. Компонент A затем попадает в цитозоль и ингибирует нормальные функции клеток одним из следующих способов:
АДФ-рибозилирование - распространенный ферментативный метод, используемый различные бактериальные токсины разных видов. Токсины, такие как токсин C. perfringens iota и токсин C. botulinum C2, присоединяют фрагмент рибозил-АДФ к поверхностному остатку 177 аргинина G-актина. Это предотвращает сборку G-актина с образованием F-актина, и, таким образом, цитоскелет разрушается, что приводит к гибели клетки. К инсектицидным членам семейства токсинов АДФ-рибозилтрансферазы относятся токсин Mtx1 Lysinibacillus sphaericus и токсин Vip1 / Vip2 Bacillus thuringiensis, а также некоторые члены токсинового комплекса (Tc), токсины грамотрицательных бактерий, такие как Photorhabdus и виды Xenorhabdus. Богатые бета-слоями области белка Mtx1 представляют собой лектин -подобные последовательности, которые могут участвовать во взаимодействиях гликолипидов.
Компонентом A токсина сибирской язвы летального токсина является цинк -металло протеаза, которая проявляет специфичность для консервативного семейства митоген-активируемые протеинкиназы. Потеря этих белков приводит к нарушению клеточной передачи сигналов, что, в свою очередь, делает клетку нечувствительной к внешним стимулам, поэтому иммунный ответ не запускается.
токсин отека сибирской язвы вызывает приток ионов кальция в клетку-мишень. Это впоследствии повышает внутриклеточные уровни цАМФ. Это может глубоко изменить любой вид иммунного ответа, подавляя пролиферацию лейкоцитов, фагоцитоз и высвобождение про воспалительных цитокинов.
EM-реконструкция препоры пневмолизина 
a) Структура перфринголизина O и b) структура PluMACPF. В обоих белках два небольших кластера α-спиралей, которые раскручиваются и пронизывают мембрану, имеют розовый цвет. (PDB : 1PFO, 2QP2 )CDC, такие как пневмолизин, из S. pneumoniae, образуют поры размером до 260 Å (26 нм), содержащий от 30 до 44 мономерных единиц. Исследования пневмолизина с помощью электронной микроскопии показывают, что он собирается в большие мультимерные комплексы периферической мембраны перед тем, как претерпеть конформационные изменения, в которых группа α-спирали в каждом мономере превращаются в протяженные, амфипатические β-шпильки, которые охватывают мембрану, подобно α-гемолизину, хотя и в значительной степени. в большем масштабе (рис. 3). CDC гомологичны семейству порообразующих токсинов MACPF, и предполагается, что оба семейства используют общий механизм (рис. 4). Эукариот MACPF белки выполняют функцию иммунной защиты и обнаруживаются в таких белках, как перфорин и комплемент C9.
Семейство высококонсервативных холестерин-зависимых цитолизинов, близких к перфринголизину из Clostridium perfringens, продуцируется бактерии отряда Bacillales и включают антролизин, альвеолизин и сфериколизин. Было показано, что сфериколизин проявляет токсичность для ограниченного круга насекомых, которым вводили очищенный белок.
Бактерии могут вкладывать много времени и энергии в выработку этих токсинов: CPE может составлять более до 15% от сухой массы C. perfringens во время споруляции. Предполагается, что назначение токсинов одно из следующих:
 | На Викискладе есть материалы, связанные с порообразующими цитотоксическими белками. |
